Mi a DCC?

A DCC avagy "Digital Command Control" nagy változást hozott a vasútmodellezésben. A régi sokszor órákat-napokat igénybevevÅ‘ huzalozást, sínszakaszolást felváltotta egy merÅ‘ben más, teljesen más szemléletű rendszer. Hogy miért más szemléletű? Lássuk!

Analóg rendszer jellemzői

A hagyományos analóg rendszer az alábbi módon épül fel:

"DC": Azaz maga az egyenáramú áramforrás
"BLOCK SELECT": Azaz a szakaszok áramellátását kapcsoló pult
"BLOCK": A szakasz, mely elektromosan teljesen független a többi - mellette lévÅ‘ szakasztól

Előnyei:
- Egyszerűbbnek tűnhet, mint a digitális rendszer
- Bármit felügyelet nélkül irányíthatunk

Hátrányai:
- Egyetlen egy mozdony tartózkodhat csak egy szakaszon
- Rendkívül bonyolult vezetékelés
- Csak az alapvetÅ‘ elektronikában jártas képes egy terepasztalt összeépíteni

Digitális rendszer jellemzői

Fentiekkel szemben, a digitális rendszer már jóval egyszerűbb pálya felépítést tesz lehetÅ‘vé, és sokkal nagyobb játék élményt. A digitális rendszer sémája az alábbi:

Látható, hogy egyetlen egy szakasz van.

"POWER SUPPLY": Tápegység, mely ellátja a központi egységeket
"COMMAND STATION": A rendszer agya. Ide kapcsolódik minden vezérlÅ‘ és innen indul ki minden jel.
"BOOSTER": ErÅ‘sítÅ‘, mely a kisáramú DCC jelet, sínfeszültségre erÅ‘síti. Ez általában egybeépítésre kerül nagyobb központokkal. Központ-ErÅ‘sítÅ‘ ez általában egy eszköz.
"TH": KézivezérlÅ‘k, váltó vezérlÅ‘k, felügyeleti eszközök, számítógép, stb.
"DECODER": Dekódoló elektronika, mely veszi a sínen lévÅ‘ DCC jelet és ennek megfelelÅ‘en vezérli a mozdony motorját.

Ne felejtsük el, hogy míg analóg rendszerben elsődleges feladatként állomás főnököt játszunk (terelgetjük a szerelvényeket, váltót váltunk stb), addig digit rendszerben inkább a mozdonyvezető szemszögéből nézzük az eseményeket.

Hátrányai:
- Mindig drágább, mint a klasszikus analóg rendszer
- Minden digitális rendszerben lévÅ‘ eszköznek (pl. mozdony) tartalmaznia kell dekódert

Előnyei:
- Nem igényel elektronikai alapismereteket az alkalmazása
- Nem szükséges a terepasztalt szakaszokra bontani
- Nincs szükség különösebb vezetékelésre (Táp és Jel ugyan az a két ér, vagyis a pálya két sínszála)
- Egy sínen akár egymással szemben is haladhatnak a járművek (nem a polaritás fordul meg a sínben a menetiránynál)
- Egy címet, akár több mozdony is "felvehet", ezáltal párhuzamosan működtethetÅ‘k

Hogy ez hogyan is lehet? Mélyedjünk el a DCC rendszerben, ismerjük meg. Lássunk tisztán!

Csoda vagy trükk?

Egyik sem! A DCC rendszerben minden egyes eszköznek egy címe van. Ez alapján a cím alapján jelöli ki a központ, hogy éppen kihez beszél. Egyszerűség kedvéért vegyünk egy példát, egy 39-es címre hallgató mozdony esetét:

1. Kézi vezérlÅ‘ jelez a központnak, hogy a 39-es mozdonynál kérvényez egy fény bekapcsolást és 10-es sebesség fokozatot.

2. Központ a kérést beütemezi, majd amikor az elÅ‘zÅ‘ magasabb prioritású üzeneteket kiküldte, sorra veszi a mi kérésünket.

3. Kiküldés a sínen keresztül, egy speciális váltakozóáramú jellel történik (késÅ‘bb részletesen)

4. Ezt érzékeli a sínen lévÅ‘ dekóderrel szerelt mozdony

5. Dekódolás után megvizsgálja, hogy neki szólt-e az üzenet.

6. Ha igen, akkor indul a tényleges vezérlés / szabályzási feladat. Fények bekapcsolása, motor sebesség fokozása/csökkentése, stb.

Ennek a technikának köszönhetÅ‘en egy rendszerben egyszerre akár többszáz - többezer mozdony is lehet, mindenféle probléma, "összeakadás" nélkül.

Ismerjük is meg, mi az a "speciális váltóáram", mi a DCC elektronikai szempontból.

DCC technikai szempontból

Funkció szerint ismerjük meg akkor a hátteret.

"POWER SUPPLY": Tápegység.
A hálózati 230V-ból alacsonyabb feszültségű váltó/egyenáramot állít elÅ‘. Feszültség szint általában 16V körüli, áramerÅ‘sség pedig kb. 3-5 Amper.

"COMMAND STATION": Parancs központ.
Ez az eszköz végzi a feladatok oroszlán részét, ez a DCC rendszer agya. Ez a mikrovezérlÅ‘kbÅ‘l (mikroszámítógép) és memóriákból álló készülék biztosítja a kommunikációt a dekóderek (pl. mozdonyban lévÅ‘) és a kézi vezérlÅ‘/váltó vezérlÅ‘k között.

Az adatok bináris formában kerülnek elküldésre. Ez azt jelenti, hogy minden üzenet amit a központ küld a dekóder felé, fel van bontva 1-esek és 0-ák sorára. Az egyesek és nullák továbbításának módja az alábbi ábrán látható:

Látható, hogy a feszültség +14V és -14V között váltakozik. Az 1-es szintet a rövid, nullás szintet a hosszú periódus idejű jelváltozás jelképezi. Átlagos frekvencia ~ 8 KHz. (EmlékeztetÅ‘ül, a hálózati váltóáram ennek ~ 160-ad része, vagyis 50Hz - Európában)

Minden csomag, egy úgynevezett "preamble" résszel kezdÅ‘dik, mely szinkronizálja a dekódereket. Lényegében "felhívja a figyelmet" arra, hogy új csomag kezdÅ‘dik.
Ezt követi általában az "Address Data Byte" vagyis a cím bájt. Azaz, hogy kinek, melyik dekódernek szól az üzenet).
Majd következik maga az utasítás ("Instruction Data Byte"). Legvégül a csomag egy hiba ellenÅ‘rzÅ‘ bájttal végzÅ‘dik. Ez biztosítja, hogy átvitel hibájából ne történjen téves utasítás végrehajtás. Ez az "Error Detection Byte" az elÅ‘zÅ‘ bájtok kizáró -vagy logikai kapcsolatából adódik.
A csomagban a bájtokat mindig nullák választják el, és a csomag pedig mindig 1-re végzÅ‘dik. Ez is a helyes dekóder-központ szinkronizációt szolgálja.

Hiba ellenÅ‘rzés: A dekóder vételkor a kapott csomagnak Å‘ is legenerálja a hibajel ellenÅ‘rzÅ‘ értékét. Amennyiben ez megegyezik a csomagban a központtól kapottal, elfogadja a csomagot, ugyanis minden bájt hibátlanul átért. Ezzel szinte teljes mértékig kiküszöbölhetÅ‘ a zajos környezet miatti hibás vétel, ill. végrehajtás. (Venni fogja a dekóder a hibás adatot, de "eldobja" ha hibás)

Átlagosan a központ 150-200 csomagot - utasítást - küld el másodpercenként. Ez azt jelenti például, hogy 10 mozdony egyidejű használatakor minden másodpercben, minden mozdony 15-20-szor kap utasítást. Ezáltal teljesen elkerülhetÅ‘ a zavaró késleltetés jelensége, és nem probléma, ha akár 10-12 csomag hibásan vagy egyáltalán nem érkezik meg a mozdonyhoz... például a koszos, kontakthibás sín miatt.

E címzési módszer miatt van lehetÅ‘ségünk mozdonyokat egymástól teljesen függetlenül irányítani, ugyan azon szakaszon.

Ne felejtsük el továbbá, hogy ezzel a kommunikációs módszerrel az eszközök egyben tápforrást és vezérlÅ‘ jelet is kapnak. Két vezetéken!

"BOOSTER": Azaz erÅ‘sítÅ‘ fokozat, ami a mikrovezérlÅ‘ által elÅ‘állított kisfeszültségű - kisáramú vezérlÅ‘ jelet (már ezt a váltakozó 0-1-et) átalakítja nagyobb áram terhelhetÅ‘ségű -14+14V-ra.

Nézzük, milyen átalakításokat hajt végre az erÅ‘sítÅ‘.

• Jelforma átalakítás
  • Szinuszos hálózati feszültség
  • Négyszögjel - DCC
• Feszültség átalakítás
  • Hálózati 230V-ból
  • 14-16V
• Áram átalakítás
  • Központ pár mA-es digitális vezérlÅ‘ jelét
  • 3-5A-es áramerÅ‘sségre
• Frekvencia átalakítás
  • Hálózati 50Hz-et
  • kb. 8 KHz-re

A nagyobb váltóáram frekvencia azért elÅ‘nyös, mert a magasabb frekvenciát ha egyenirányítjuk, kisebb kapacitással lehet a hullámosságát csökkenti - növelni a táp egyenletességét. Ez lényegében méret csökkenésben jelentkezik.

"THROTTLE": Kézi vezérlÅ‘k. Feladata az ember-központ kapcsolat biztosítása. Ezen szabályozhatjuk a mozdony sebességét, kapcsolhatjuk fel-le (akár álló helyzetben is!) a világítást, válthatunk váltót, bármit.

Ezek a kézivezérlÅ‘k mindig valamilyen buszrendszerre épülnek. Ezen buszrendszerek feladata, hogy biztosítsa a több kézivezérlÅ‘ - egy központ kommunikációját. Ilyen buszrendszerek például: XpressNet (Lenz cég fejlesztése), LocoNet (Digitrax cég fejlesztése), NaWi (Mi fejlesztésünk a vezetéknélküli vezérlésre).

Buszrendszerek: Elengedhetetlen, hogy valamennyire megismerjük ezeket a buszrendszereket. Ugyanis ez a legfontosabb, mikor digitális központot választunk. Ugyanis! Ezek a buszrendszerek egymással nem kompatibilisek (még ha csatlakozója némelyiknek ugyan az is... :( )

• XpressNet: Olyan buszrendszer, melynek az elve a fix eszköz címzésen alapszik. Maximálisan 32 eszközt tud kezelni, ami kisebb terepasztalokra elég csak. Ilyen buszrendszert használ például:
  
  • Roco (LokMaus, Multimaus, stb)
  • Lenz
  • TranModules - NaWi, vezetéknélküli vevÅ‘ egysége
• LocoNet: Egyik legnagyobb elÅ‘nye, a magasabb eszközszám, és a dinamikusabb működés. Míg az XpressNet rendszer fix címekkel dolgozik, addig a LocoNet rendszer a becsatlakozáskor oszt ki az eszköznek címet. Legnagyobb felhasználása: Nagyobb terepasztalok, a FREMO alapja!
  Ezt a buszrendszert használja:
  • Digitrax
  • Uhlenbrock Intellibox
  • MiniBox
  • TrainModules - NaWi, vezetéknélküli egysége
• NaWi: Cégünk fejlesztése, nyílt struktúrájú vezetéknélküli kétirányú szabvány. ElÅ‘nyei, hogy zavarvédett, minimalizált a kommunikáció mennyisége (rádiós sávszélesség csökkentése miatt)
  • több mint 600 egyidejűleg működÅ‘ kézivezérlÅ‘
  • 2,4GHz-es védett, egyedi titkosított rádió csatorna
  • Klubonkén, asztalonként kiosztható fizikailag is különálló frekvencia.
  • Hand-shake - azaz kézfogásos elvet alkalmaz, így az üzenetek helyes megérkezését nyugtázás követ

Legvégül pedig tárgyaljuk az egyik legfontosabb eszközt, a dekódert.

"DECODER": Pl. a mozdonyba kerülÅ‘ helyi vezérlÅ‘ egység. A digitális rendszerek használatakor az egyik legsűrűbben hallott szava. A sínrÅ‘l kapott vezérlÅ‘jeleket veszi, dekódolja, majd ennek megfelelÅ‘en vezérel motort, világítást, hangot, füstgenerátort, bármit amit csak beleépítünk mozdonyba :)

Szabványosított csatlakozóval rendelkezik, ez az NMRA - NEM652. Egy nyolcpólusú tüskés csatlakozó. Szabványosított továbbá a vezetékek színe is. Ezzel segítve az egyezményes és könnyű beépítést. Egy tipikus dekóder elvi vázlata:

"PICKUPS": Az áramszedÅ‘, melyrÅ‘l a jelet és a tápfeszültséget kapja a dekóder. Látható, hogy a piros és fekete a szabványosított színkódja.

"RECTIFIER & FILTER": Egyenirányító és szűrÅ‘ áramkör. Tudjuk, hogy a sínen keresztül speciális váltóáramot kap a dekóder. Ezt egyenirányítani kell, ugyanis a dekóder egyenáramú táplálású. Azaz a benne található eszközök, mind a megszokott egyenáramú táplálást igényelik.

"uCTRLR / ROM / RAM / EEPROM": A dekóder agya. Ebben a mikroszámítógépben található maga a vezérlÅ‘ program, a DCC jel dekódolását végzÅ‘ program, a motorvezérlÅ‘ rendszer. EEPROM-ot, azaz nem felejtÅ‘ memóriát is tartalmaz. Ebben tárolódik a dekóder minden beállítása. Ilyen például a mozdony címe, a fényeffekt módja, a gyorsítási - lassítási paraméterek.

"CLOCK OSCILLATOR": Processzor órajelét szolgáltató egység. Több dekóder típusnál már a processzor tartalmazza ezt az órajel elÅ‘állító egységet, külön nem található meg dekóderen.

"LAMP DRIVERS": Kimenetek, izzók meghajtó fokozata. Ezek nagyobb áramot kapcsolni tudó kimeneti egységek. Általánosan legalább 300mA terhelhetÅ‘ségű. Ilyen izzó például az elsÅ‘ és hátsó fény (zárfény), tolatófény, villogók, kabin világítás.
Itt is egyezményes szín jelöléseket találunk: Kék - Közös +Táp, Fehér - ElsÅ‘ fény (elÅ‘remenetnél aktív), Sárga - Hátsó, zárfény.

"MOTOR DRIVERS": Motor meghajtó fokozat. Ez egyenáramú motor esetében egy H-Híd, azaz egy olyan kapcsoló együttes, mely polaritást tud cserélni (motor forgás irány), és tudja szabályozni a fordulatszámot. Szabványosított kimenetek: Szürke - Motor egyik pólus, Narancs - Motor másik pólus.

PWM: (Pulse-Width Modulation), azaz pulzus szélesség moduláció. Ezzel a technológiával szabályozzák a dekóderek a motor sebességét. Az alábbi ábra szemlélteti, mi is az a PWM.

Látható, hogy a motor mindig teljes tápfeszültséget kap, ám nem mindig ugyan annyi ideig. Az "a" esetben látható, hogy a kitöltési tényezÅ‘ nulla, azaz a motor nem kap áramot. "b" esetben a kitöltési tényezÅ‘ nagyon alacsony (kicsi az impulzus szélesség) ezért a mozdony csak araszol. "c" esetben 50% közeli a kitöltési tényezÅ‘, tehát a motor közepes sebességen forog. "d" esetben pedig majdnem 100%-os a kitöltési tényezÅ‘, azaz majdnem maximális sebességgel forog a motor. Érdemes megjegyezni, hogy a dekóderek szinte sosem használnak 100%-os kitöltési tényezÅ‘jű jelet, ugyanis a DCC rendszerben a feszültség +-14V és ez egyenirányítva (elÅ‘bb kitértünk rá) elérheti akár a 20V-ot is. A mozdonyok motorja viszont 12-16V-osak csak!

A dekóderekkel vezérelhetÅ‘ motor típusok általában a "Coreless" azaz tekercselt forgórészű álló mágneses motorok. Szinte minden egyenáramú mozdony motorja ilyen. Még a 20 évvel ezelÅ‘tti típusok is.

Egyik dekóderünk:

Mi is a terhelés szabályzás?

A terhelés szabályzás a dekóderek egyik legfontosabb tulajdonsága. A motorok rossz jellemzÅ‘je, hogy magasabb az induláshoz szükséges feszültség, mint a folyamatos forgáshoz kellÅ‘. Pont emiatt, egy nem terhelésszabályzott dekódernél ha szabályozzuk a sebességet, egy ideig nem történik semmi. Majd mikor a feszültség eléri azt az értéket, amikor a motor forgása elindul akkor a mozdony és az egész szerelvény meglendül. Ez rendkívül illúzióromboló, nem beszélve arról, hogy ilyen megszaladásoknál sérülhetnek a vonószerkezetek.

Erre megoldás a terhelésszabályzás. Egy úgynevezett Back-EMF technológiával speciális szabályzás mellett, lehetÅ‘ség van a menet közben olyan apró szüneteket tartani, ahol a vezérlést lekapcsolva a motorról, visszamérhetÅ‘ a motor sebessége (ill. a szabadon futó motor által generált feszültség). Így mindenféle tengelyre szerelt visszajelzés nélkül, bármilyen hagyományos motor terhelésszabályzottá alakítható. Ezeket a rövid szüneteket, mérési szünetnek nevezzük. Ez idÅ‘ alatt a dekóder méri a motor sebességét, elvégzi a szükséges számításokat és korrigálja a motor feszültségét. Így ezzel a módszerrel nem a motor feszültsége, hanem a motor sebessége lesz az állandó. Példa kedvéért: Ha több kocsit akasztunk a mozdonyra, vagy épp emelkedÅ‘n felfelé halad, a dekóder növeli a motor feszültségét, annak érdekében, hogy a fordulatszám állandó legyen. Mindez olyan gyorsan történik, hogy se hallani, se látni nem látjuk a mozdony sok apró korrigálását. Általában 6-10ms motor meghajtás 2-4ms mérési szünet alkalmazott. EbbÅ‘l könnyen kiderül, hogy a dekóder másodpercenként legalább 100-szor korrigálja a motor feszültségét, elÅ‘segítve az egyenletes futást.

Egy terhelésszabályzott dekóder már elindítja araszolva a mozdonyt akár 1-es sebesség fokozatban is (1/128-ad sebesség). Nem is beszélve a gyorsulási és lassulási paraméterek által megvalósított tényleges fékút, gyorsulás, stb.

Dekóderek beállítása, CV-k:

Mint az elÅ‘bb kitértünk rá, a beállítások egy nem felejtÅ‘ memóriába íródnak. Ám ezeket a beállításokat lehetÅ‘ségünk van módosítani (cím beállítás, egyéb funkciók). Minden egyes beállítás, vagyis CV (Configuration Variables) egy-egy címmel van ellátva. Így például a gyorsulási sebesség beállítására a CV címe 3. Erre csak CV3-ként szokás hivatkozni. Ugyanígy, például a mozdony elsÅ‘dleges címe, a CV1 alatt helyezkedik el.

Programozás a digitális központtal történhet. Egy külön programozó vágányra helyezzük mozdonyunk, majd belépünk a központ, programozó módjába (központonként eltérÅ‘ - használati utasítás haszonnal forgatható!). Ekkor kiválasztjuk a DirectCV programozási módot, azaz azt a módot, ahol közvetlen írhatjuk a beállításokat.
Ekkor a központ megkérdezi, melyik beállítást szeretnénk megváltoztatni. Vár, egy címet. A CV címét. Gyorsulási paraméter beállításakor beírjuk például, hogy 3. Ezután szükséges megadni, hogy a 3-as című CV értéke, mi is legyen. Ebben természetesen a dekóder használati utasítása a követendÅ‘.

Ugyan ilyen könnyen állíthatjuk be a mozdony címét is.

Mire lesz szükségem?

Az alábbi eszközök feltétlen szükségesek ahhoz, hogy megismerhessük a digitális vasútmodellezés utánozhatatlan élményét:

• Parancs központ
• ErÅ‘sítÅ‘
• Kézi vezérlÅ‘
• Transzformátor
• Legalább egy, dekóderrel szerelt mozdony
• Vezetékek
• Lelkesedés!

 Leegyszerűsítve, általában a Parancs központ és az erÅ‘sítÅ‘ egyben van. Némely központban még a kézi vezérlÅ‘ is a központ része, így egyként vásárolhatjuk meg.

Mindenféle képpen, javasoljuk kezdésnek egy kezdÅ‘ készlet beszerzését. Ehhez kapunk digitális mozdonyt, trafót, központot, erÅ‘sítÅ‘t, kézit, mindent. Mindent ahhoz, hogy ki tudjuk próbálni a digitális vasútmodellezést!

Még itt szükséges kitérni, az alábbi sűrűn elÅ‘forduló jelenségre:

A hurokfordító - A rövidzárak megoldója

Ez a "probléma" digitális rendszeren teljesen megoldott, ellentétben az analóggal. Lássuk hogyan:

"MAINLINE": FÅ‘ hálózat, fÅ‘ vágány.

"REVERSE LOOP": Fordító hurok.

"AUTO-REVERSE CIRCUIT": Automatikus hurokfordító áramkör.

Aki analógban már jártas tudja, hogy minden huroknál a visszaérkezÅ‘ sín ellentétes polaritású lesz. Azaz egy hurok, tartós zárlatot okoz! Ez digitális rendszeren sincs máshogy, ám ha analóg rendszerben polaritást fordítunk, akkor azzal egyúttal mozdony menetirányt is fordítottunk, ezáltal analóg rendszerben szakasz határon szitálni kezd a mozdony. (Ide-oda...)

Digitális rendszerben, a menetirányt nem a polaritás határozza meg, így a hurokfordító bármikor polaritást válthat, hogy elkerülje a rövidzárat.

Működése: Látható, hogy maga a hurok zárlatot okozó része, elszakaszolt a többitÅ‘l és a hurokfordító modulon keresztül kerül táplálásra. Ez a modul, érzékeli az esetleges rövidzárat, és ezred másodperceken belül reagál rá, megfordítva a polaritást. Mivel ilyen gyorsan reagál a rövidzárra, ezért a központ ill. a booster nem érzékeli a rövidzárat, így teljesen normál üzemben haladhat tovább a mozdony és az egész rendszer.

Polaritás fordítást általában egy söntölt áramkorlátozású dupla relé kontaktus végzi, elÅ‘segítve ezzel a rendkívül gyors meghúzást.

Összegzésül: Digitális rendszerben végre megoldott az automatikus hurokfordítás problémája, mely méltán okozott minden analóg szakértÅ‘nek fejfájást.

Összegzés

Reméljük hasznos volt ez a kis áttekintés. Fentebbi leírásból minden gyakran elÅ‘forduló kérdésre választ találhattunk.

Amennyiben bármi további kérdés van, állunk rendelkezésre.

Várjuk a kérdéseket, visszajelzéseket e-mailben.